Исследователи из Японии смогли собрать энергию света, используя для сброса энергии большого количества фотонов на один акцептор, исключительно большое количество фотоабсорберов.

Разработанная двухстадийная последовательность, позволяющая добиться высокой эффективности переноса энергии, может считаться одной из наиболее релевантных моделей фотосинтеза.

Ранее исследователи использовали только одностадийные системы для сбора световой энергии, что значительно сокращает количество абсорберов, способных накапливать энергию света и передавать ее на единичный реакционный центр.

В новой работе, авторами которой являются Осаму Исинати (Osamu Ishitani) из Технологического Института Токио и его соавторы, для эффективного сбора световой энергии использовано максимальное на настоящее время количество искусственных листьев.

Фотоны, абсорбированные системой Bp–PMO, на первом этапе концентрируются на ренийсодержащих олигомерах, а затем – на рутенийсодержащем реакционном центре.

Исследователи из группы Исинати скомбинировали 440 периодических мезопористых кварцорганических трубок [periodic mesoporous organosilica (PMO)], связанных мостиками светопоглощающих бифенильных (Bp) групп с содержащими рений(I) пентамерами, каждый из которых связан с одним трисдииминовым комплексом рутения(II) (Ru–Re5). Полученная гибридная система Ru–Re5–Bp–PMO может концентрировать фотоны, поглощенные каркасной системой Bp–PMO, в два этапа: первоначально концентрация происходит на олигомерах рения, а затем на рутениевых реакционных центрах.

Иситани отмечает, что для разработки систем эффективной конверсии солнечной энергии необходимо решать задачу сбора фотонов. Это обстоятельство объясняется тем, что светопоглощающие молекулы малы, а поток фотонов в значительной степени рассеян. По словам японского исследователя, фантастичность новой системы в том, что она может аккумулировать свет по большой площади и передавать его, фактически, на точку.

Другие исследователи также высоко оценивают работу коллег. Как заявляет Эрвин Райснер (Erwin Reisner), специалист по системам переработки солнечной энергии из Университета Кембриджа, подход японских ученых продиктован самой природой, и их синтетическая линия по сбору фотонов принципами своего действия весьма похожа на фотосинтетическую систему.

Стив Данн (Steve Dunn), эксперт по светопоглощающим материалам из лондонского Университета Королевы Марии, заявляет, что ценностью новой системы является ее способность к трансформации и не сомневается, что результаты работы важны для разработки новых фотосинтетических систем.

Иситани и его коллеги планируют встроить новую систему по сбору солнечной энергии в синтетическую схему фотокаталитического восстановления диоксида углерода, а также надеются в перспективе использовать новую систему для фотоокисления воды. Он подчеркивает, что до практического применения новой системы предстоит еще долгий путь, однако надеется, что рано или поздно человечество сможет пользоваться рукотворными системами искусственного фотосинтеза.